3405

Теплотехнический расчет теплопередач

Курсовая

Производство и промышленные технологии

Задача №1. Расчет теплопередачи через плоскую многослойную стенку Плоская стальная стенка толщиной. Определить коэффициент теплопередачи k от газов к воде, плотность теплового потока q и температуры обеих поверхностей стенки, если известны коэффициенты теплоотдачи от газа к стенке α1 и от стенки к воде α2, коэффициент теплопроводности стали λ....

Русский

2012-10-31

58.57 KB

276 чел.

Задача №1. Расчет теплопередачи через плоскую многослойную стенку

Плоская стальная стенка толщиной δс омывается с одной стороны горячими газами с температурой , а с другой стороны – водой с температурой .

Определить коэффициент теплопередачи k от газов к воде, плотность теплового потока q и температуры обеих поверхностей стенки, если известны коэффициенты теплоотдачи от газа к стенке α1 и от стенки к воде α2, коэффициент теплопроводности стали λ.

Определить также все указанные выше величины, если стенка со стороны воды покроется слоем накипи толщиной δн; коэффициент теплопроводности накипи .

Построить температурные графики в R,t и x,t - координатах.

Объяснить, в чем состоит вред отложения накипи на стальных поверхностях нагрева.

Исходные данные:

Решение

Выполним расчет для двух случаев:

  1.  при отсутствии накипи;
  2.  при наличии накипи.

  1.  Первый случай – чистая стальная стенка
  2.  Коэффициент теплопередачи:

  1.  Плотность теплового потока:

  1.  Температуры поверхностей:

Для определения температуры стенок и составим уравнения для плотности теплового потока. Так как тепловой поток один и тот же во всех  процессах, то получим следующие выражения:

  1.  плотность теплового потока от горячего газа к стенке по формуле    Ньютона – Рихмана:

  1.  Плотность теплового потока, обусловленная теплопроводностью через твёрдую стенку по закону Фурье:

  1.  плотность теплового потока от поверхности стенки к воде описывается законом Ньютона – Рихмана:

Из этих уравнений найдем соответствующие размерности температур:

Отсюда,

температура стенки со стороны газов:

температура стенки со стороны воды:


  1.  Второй случай – стальная стенка покрытая слоем накипи
  2.  Коэффициент теплопередачи:

  1.  Плотность теплового потока:

  1.  Температуры поверхностей:

Для определения температуры стенок  и составим уравнения для плотности теплового потока. Так как тепловой поток один и тот же во всех трёх процессах, то получим следующие выражения:

  1.  плотность теплового потока от горячего газа к стенке по формуле    Ньютона – Рихмана:

  1.  плотность теплового потока, обусловленная теплопроводностью через твёрдую стенку по закону Фурье:

  1.  плотность теплового потока, обусловленная теплопроводностью через слой накипи по закону Фурье:

  1.  плотность теплового потока от поверхности стенки к воде по формуле    Ньютона – Рихмана:

Из этих уравнений найдем соответствующие размерности температур:

Отсюда, температура стенки со стороны газов:

температура стенки со стороны накипи:

температура стенки со стороны воды:

  1.  Термическое сопротивление:

а) от газа к поверхности стенки:

б) стенки:

в) накипи:

г) от накипи к жидкости

Ответ:


Заключение

Теплопроводность накипи в десятки, а зачастую в сотни раз меньше теплопроводности стали, из которой изготовляют теплообменники. Поэтому даже тончайший слой накипи создаёт большое термическое сопротивление и может привести к такому перегреву труб паровых котлов и пароперегревателей, что в них образуются отдулины и свищи, часто вызывающие разрыв труб.

В решении задачи отражено, что температура стальной стенки со стороны газов, имеющая слой накипи толщиной 1 мм, нагревается на 4 градуса больше, чем чистая стальная стенка.


Задача №2. Расчет теплопередачи через

цилиндрическую многослойную стенку

Паропровод с наружным диаметром  и внутренним  покрыт двумя слоями тепловой изоляции с наружными диаметрами  и . Внутренний слой выполнен из материала с коэффициентом теплопроводности ; наружный – из материала с . Коэффициент теплопроводности стенки паропровода . Температура пара  и окружающего воздуха . Коэффициенты теплоотдачи от пара к стенке ; от стенки к воздуху - .

Определить линейный коэффициент теплопередачи  линейную плотность теплового потока , общее линейное термическое сопротивление теплопередачи и температуры всех поверхностей.

Построить температурный график в d,t и R,t – координатах.

Примечание: задачу решать при условии, что длина паропровода значительно больше его толщины; лучистым теплообменом пренебречь.

Объяснить физический смысл коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи. От каких факторов зависит их величина.

Исходные данные:

Решение

  1.  Коэффициент теплопередачи:

  1.  Линейная плотность теплового потока:

  1.  Полное термическое сопротивление

  1.  Температуры поверхностей:

Температуры поверхностей соприкосновения паропровода со слоями изоляции найдем из уравнений плотности теплового потока:

  1.  от пара к внутренней поверхности паропровода по закону Ньютона -Рихмана:

  1.  от внутренней к наружной поверхности паропровода, обусловленная теплопроводностью по закону Фурье:

  1.  от наружной поверхности паропровода к первому слою изоляции по закону Фурье:

  1.  от первого слоя изоляции ко второму по закону Фурье:

Отсюда необходимые значения температур равны:

  1.  Термическое сопротивление:

а) от газа к поверхности трубы:

б) стенки:

в) первого изолятора:

г) второго изолятора:

д) от второго изолятора к окружающей среде:

Ответ:


Заключение

Коэффициент теплоотдачи α характеризует процесс передачи тепла от некоторого теплоносителя (жидкость или газ) к твердой стенке. Определяется параметрами данного теплоносителя (режим течения, скорость, теплофизические характеристики типа плотности, вязкости и теплопроводности), а также характеристиками той части стенки, которая омывается данным теплоносителем (характерный размер, наличие оребрения и т.д.).

Коэффициент теплопередачи k характеризует процесс передачи тепла между двумя теплоносителями через разделяющую их твердую стенку. Определяется коэффициентами теплоотдачи обоих теплоносителей и параметрами теплопередающей стенки (ее толщина и теплопроводность).

Разница между теплоотдачей α и теплопередачей k состоит в следующем. Суммарный перенос тепла складывается из нескольких стадий: стадия теплопереноса в первой среде, стадия теплопереноса от первой среды к стенке, стадия теплопереноса в самой стенке, стадия теплопереноса от стенки ко второй среде, стадия теплопереноса во второй среде. Коэффициенты теплоотдачи описывают отдельные стадии этого суммарного теплопереноса на стадии среда-стенка. А коэффициент теплопередачи описывает суммарный теплоперенос в целом со всеми его стадиями. По этой причине вначале всегда рассчитываются коэффициенты теплоотдачи α, а затем через них рассчитывается коэффициент теплопередачи k.


ЛИТЕРАТУРА

  1.  Кузовлев В. А.  Техническая термодинамика и основы теплопередачи. – М.: Высшая школа, 1983.
  2.  Луканин В. Н., Шатров М. Г., Камфер Г.М.  Теплотехника. – М.: Высшая школа, 1999.
  3.  Михеев М. А., Михеева И. М. Основы теплопередачи. – М.: Энергия, 1977.
  4.  Чепикова Т.П., Теплотехника. Расчет и анализ газового цикла - Методическое пособие по теплотехнике: ЧТИ ИжГТУ, 2010.
  5.  Чепикова Т.П., Теплотехника. Основы теплообмена - Методическое пособие по теплотехнике: ЧТИ ИжГТУ, 2005.

 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

64219. Раннее формирование общения 27.5 KB
  При постнатальном формировании акустического общения между птенцами и их родителями возможность индивидуального опознавания обеспечивается за счет раннего облигатного научения. У рыб присутствие особей того же вида не является столь необходимым для формирования общения как у высших животных.
64220. Познавательные аспекты раннего постнатального поведения 35 KB
  Так щенята лисята и детёныши других хищных млекопитающих уже с первого дня жизни совершают поисковые маятникообразные движения головой прекращающиеся после нахождения соска матери. В дальнейшем ориентировочные реакции усложняются детёныши развивают способности узнавать предметы...
64221. Игровой (ювенильный) период онтогенеза. Концепции игры. Значение игры для формирования поведения животных 33 KB
  Как было сказано выше ювенильный игровой период развития поведения наблюдается только у детёнышей высших животных у которых развитие поведения совершается перед половым созреванием в форме игровой активности.
64222. Формирование общения в играх животных 33.5 KB
  Такие игры встречаются только у животных которым свойственны развитые формы группового поведения. У детёнышей нехищных животных совместная игра состоит из общеподвижных игр совместных прыжков игрового бегства и так далее Игровая борьба если она встречается у данных видов...
64223. Познавательная функция игровой активности животных 29 KB
  В последнем случае имеет место активное воздействие на объект игры особенно деструктивного порядка позволяющее изучить внутреннее строение объекта а не только его внешние признаки. Важно что в ходе игры животное относится практически к каждому незнакомому предмету как к потенциально значимому и пытается найти ему применение.
64224. Общая характеристика эволюции психики 29.5 KB
  Исходя из этого следует что движение являлось решающим фактором эволюции психики. Леонтьев рассматривая эволюцию психики анализировал наиболее глубокие и качественные изменения которые претерпела психика в процессе эволюции животного мира.
64225. Элементарная сенсорная психика. Низший уровень психического развития. Характеристика сенсомоторной активности простейших 30 KB
  На низшем уровне психического развития находится довольно большая группа животных. Движения простейших отличаются большим разнообразием. Локомоция простейших осуществляется в виде кинезов элементарных инстинктивных движений.
64226. Общая характеристика психической активности простейших 27.5 KB
  Наряду с этим у простейших встречаются и элементы допсихического отражения простая раздражимость характерная для растений. У простейших встречаются разнообразные формы передвижения в водной среде но только на самом примитивном уровне инстинктивного поведения кинезов.
64227. Высший уровень развития элементарной сенсорной психики. Нервная система как фактор усложнения психической деятельности животных 26 KB
  Усложнение структуры организма обусловило возникновение нервной системы которая осуществляет координацию деятельности этих многоклеточных образований.